JPH0732118B2 - Focusing device - Google Patents
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- JPH0732118B2 JPH0732118B2 JP2332417A JP33241790A JPH0732118B2 JP H0732118 B2 JPH0732118 B2 JP H0732118B2 JP 2332417 A JP2332417 A JP 2332417A JP 33241790 A JP33241790 A JP 33241790A JP H0732118 B2 JPH0732118 B2 JP H0732118B2
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体等の露光転写に使用する縮小投影露光
装置における合焦装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focusing device in a reduction projection exposure apparatus used for exposure transfer of a semiconductor or the like.
従来の技術 最近、マスクに描かれたパターンをウェハ上へ転写する
装置として、縮小投影露光装置(以後、ステッパーと呼
ぶ)がDRAMやLSI等の製造に盛んに利用されるようにな
って来た。このステッパーには投影レンズを通してレチ
クルパターンをウェハ上に鮮明に投影するための合焦装
置が組み込まれており、この合焦装置としては、例え
ば、特開昭60−101540号公報や精密工学会編、精密機構
(オーム社)、精密工学会、研究例会No89−03等に記載
されている構成で知られている。以下、図面を参照しな
がら上記従来のステッパーにおける合焦装置について説
明する。2. Description of the Related Art Recently, a reduction projection exposure apparatus (hereinafter referred to as a stepper) has been actively used for manufacturing DRAM, LSI, etc. as an apparatus for transferring a pattern drawn on a mask onto a wafer. . A focusing device for clearly projecting a reticle pattern on a wafer through a projection lens is incorporated in this stepper. Examples of this focusing device include, for example, JP-A-60-101540 and the Japan Society for Precision Engineering. , Precision mechanism (Ohm Co., Ltd.), Japan Society for Precision Engineering, Research Meeting No. 89-03, etc. Hereinafter, the focusing device in the conventional stepper will be described with reference to the drawings.
第7図は従来例における合焦装置を示す構成図である。
第7図において、101はウェハ、102はウェハ101を3次
元的に移動させるためのウェハステージであり、合焦調
整では主に上下方向(Z軸方向)の移動を行なう。103
はレチクル(図示せず)のパターンをウェハ101面に投
影露光するための投影レンズ、104はLED等の発光素子、
105は発光素子104で発した光を平行光線にするためのレ
ンズであり、このレンズ105の焦点付近に発光素子104が
設けられている。106は送光スリットであり、平行光線
の一部を通過させるために長方形状のスリットが開けら
れ、この長方形のスリットの中心が光軸となるように設
けられている。107は送光スリット106から発せられたス
リット光をウェハ101の面上に結像するためのレンズ、1
08はウェハ101上で反射したスリット光を再び結像させ
るためのレンズ、109は光軸を中心として円周方向に振
動する振動ミラー、110は振動ミラー109を振動周波数f
で駆動するミラードライバ、111は振動ミラー109の振動
中心(無振動状態)に対し、共役な光軸中心に開けられ
た長方形状のスリットを持つ受光スリット、112は同様
にレンズ108による結像点と共役な位置に設けられ、受
光スリット111を通った光を電気信号に変換するための
受光素子、113は受光素子112からの信号114を振動ミラ
ー109の振動周波数fのサイン波信号で位相同期検波
し、かつ平滑化するための位相同期検波処理回路、115
は位相同期検波処理回路113からの信号116により焦点ず
れ量を算出し、それに従ってウェハステージ102を上下
方向(Z軸方向)に移動させるためのウェハステージ制
御駆動回路である。FIG. 7 is a block diagram showing a focusing device in a conventional example.
In FIG. 7, 101 is a wafer, and 102 is a wafer stage for three-dimensionally moving the wafer 101, which is mainly moved in the vertical direction (Z-axis direction) in focusing adjustment. 103
Is a projection lens for projecting and exposing a pattern of a reticle (not shown) on the surface of the wafer 101, 104 is a light emitting element such as an LED,
Reference numeral 105 denotes a lens for converting the light emitted from the light emitting element 104 into parallel rays, and the light emitting element 104 is provided near the focal point of the lens 105. Reference numeral 106 denotes a light-transmitting slit, which is provided with a rectangular slit to allow a part of the parallel light rays to pass therethrough, and is provided such that the center of the rectangular slit is the optical axis. 107 is a lens for focusing the slit light emitted from the light-transmitting slit 106 on the surface of the wafer 101, and 1
08 is a lens for re-imaging the slit light reflected on the wafer 101, 109 is a vibrating mirror that vibrates in the circumferential direction about the optical axis, and 110 is a vibrating frequency f of the vibrating mirror 109.
Mirror driver driven by, 111 is a light-receiving slit having a rectangular slit opened at the center of the optical axis that is conjugate with the vibration center (non-vibration state) of the vibrating mirror 109, and 112 is the image forming point by the lens 108 as well. A light-receiving element provided at a position conjugate with the light-receiving slit 111 for converting light passing through the light-receiving slit 111 into an electric signal. Reference numeral 113 denotes a signal 114 from the light-receiving element 112, which is phase-synchronized with a sine wave signal having a vibration frequency f of the vibration mirror 109. A phase-locked detection processing circuit for detecting and smoothing, 115
Is a wafer stage control drive circuit for calculating the amount of defocus from the signal 116 from the phase synchronous detection processing circuit 113 and moving the wafer stage 102 in the vertical direction (Z-axis direction) accordingly.
以上のような構成において、以下、その動作について説
明する。The operation of the above configuration will be described below.
第7図においては、レチクル、投影レンズ103、ウェハ1
01の光学系でレチクルパターンの焦点がウェハ101の表
面上で合った時の状態を示しており、この時の投影レン
ズ103とウェハ101との間の距離をZoとする。In FIG. 7, the reticle, projection lens 103, and wafer 1 are shown.
A state where the reticle pattern is focused on the surface of the wafer 101 by the optical system 01 is shown, and the distance between the projection lens 103 and the wafer 101 at this time is Zo.
発光素子104からの光は、レンズ105で平行光になる。こ
の平行光のうち、光軸近傍の光は送光リフト106を通
り、レンズ107により投影レンズ103の中心の直下で、か
つウェハ101の表面上で送光スリット106の像を結ぶ。こ
の像はウェハ101上で反射され、レンズ108を通り、ミラ
ードライバ110により振動周波数fで駆動される振動ミ
ラー109で反射される。上記のようにウェハ101は合焦点
Z=Zoにおかれているため、この反射された光は受光素
子112の前に設けられた受光スリット111におけるスリッ
トの中心、つまり光軸中心をセンタとして、一定振幅Ao
で振動する。今、送光スリット106のスリット幅をL1、
受光スリット111のスリット幅をL2とすると、L1≦L2≦A
oのとき、受光素子112の電気信号114は、第8図のVで
示すように振動ミラー109の振動周波数fの2倍の周波
数2fのサイン波に近い信号となる。そして、ウェハステ
ージ102を移動させるに従い、受光スリット111上に投影
された送光スリット106の像の中心が移動するため、第
8図に示すI〜IXへと波形が変化して行く。受光素子11
2の出力信号114についてミラードライバ110からの振動
周波数fのサイン波信号をリファレンス信号として位相
同期検波処理回路113で検波して平滑化すると、ウェハ1
01が合焦点Z=Zoにある時には出力信号116は零とな
る。そして、ウェハステージ102を移動させて行くに従
って第9図に示すようなS字形の特性が得られる。この
特性をもとにしてウェハステージ制御駆動回路115は、
位相同期検波処理回路113の出力信号116により現時点の
ウェハ101の位置Zを判定し、合焦点Z=Zoとの差(Z
−Zo)だけウェハステージ102を移動させる。このよう
にして焦点合わせが行なわれる。The light from the light emitting element 104 is collimated by the lens 105. Of this parallel light, the light near the optical axis passes through the light-sending lift 106, and forms an image of the light-sending slit 106 directly below the center of the projection lens 103 and on the surface of the wafer 101 by the lens 107. This image is reflected on the wafer 101, passes through the lens 108, and is reflected by the vibrating mirror 109 driven by the mirror driver 110 at the vibration frequency f. Since the wafer 101 is placed at the focal point Z = Zo as described above, the reflected light is centered on the center of the slit in the light receiving slit 111 provided in front of the light receiving element 112, that is, the center of the optical axis. Constant amplitude Ao
Vibrates at. Now, the slit width of the light transmitting slit 106 is L 1 ,
If the slit width of the receiving slit 111 is L 2 , L 1 ≤ L 2 ≤ A
At o, the electric signal 114 of the light receiving element 112 becomes a signal close to a sine wave having a frequency 2f, which is twice the vibration frequency f of the vibrating mirror 109, as indicated by V in FIG. Then, as the wafer stage 102 is moved, the center of the image of the light-sending slit 106 projected on the light-receiving slit 111 moves, so that the waveform changes from I to IX shown in FIG. Light receiving element 11
With respect to the output signal 114 of No. 2, the sine wave signal of the vibration frequency f from the mirror driver 110 is detected as the reference signal by the phase synchronization detection processing circuit 113 and smoothed.
When 01 is at the focal point Z = Zo, the output signal 116 becomes zero. Then, as the wafer stage 102 is moved, an S-shaped characteristic as shown in FIG. 9 is obtained. Wafer stage control drive circuit 115 based on this characteristic,
The position Z of the wafer 101 at the present time is judged by the output signal 116 of the phase-coherent detection processing circuit 113, and the difference (Z
-Zo) moves the wafer stage 102. Focusing is performed in this manner.
発明が解決しようとする課題 一般にウェハは半導体素子への製造過程において、蒸
着、レジスト塗布、エッチング等の種々のプロセス処理
を受け、その処理ごとにウェハの表面状態、つまり反射
率が変化する。また、同一プロセスでも、ウェハごとに
反射率が少しずつ異なる。そのために上記のような従来
例の構成では、投影レンズ103とウェハ101との間の距離
が一定値であってもプロセスごとの、またはウェハ101
ごとの反射率の違いにより受光素子112の出力の振幅が
変化する。したがって、投影レンズ103とウェハ101との
間の距離を変化させて得られた第8図の各々の波形にお
いても反射率の変化に従って振幅も変化する。また、こ
の信号を位相同期検波処理を行なうと、振動ミラー109
の周波数、振幅が同じであっても、ウェハ101の反射率
の違いにより第10図に示すように、特性A、Bのような
違いが生じる。そこで、ウェハ101ごとに、また、プロ
セス段階ごとにウェハステージ102を移動させ、第9図
に示すような特性を取り、その特性に従って焦点合わせ
を行なうことが必要となり、そのために多くの時間を要
し、露光効率の向上に支障をきたすという問題があっ
た。Generally, a wafer undergoes various process treatments such as vapor deposition, resist coating, and etching in the process of manufacturing semiconductor elements, and the surface state of the wafer, that is, the reflectance changes with each treatment. Further, even in the same process, the reflectance slightly differs for each wafer. Therefore, in the configuration of the conventional example as described above, even if the distance between the projection lens 103 and the wafer 101 is a constant value, it is determined for each process or the wafer 101.
The amplitude of the output of the light receiving element 112 changes due to the difference in reflectance for each. Therefore, in each of the waveforms in FIG. 8 obtained by changing the distance between the projection lens 103 and the wafer 101, the amplitude also changes according to the change in reflectance. Further, when this signal is subjected to phase synchronous detection processing, the vibrating mirror 109
Even if the frequency and the amplitude are the same, differences such as characteristics A and B occur as shown in FIG. 10 due to the difference in reflectance of the wafer 101. Therefore, it is necessary to move the wafer stage 102 for each wafer 101 and for each process step to obtain the characteristics shown in FIG. 9 and perform focusing according to the characteristics, which requires a lot of time. However, there is a problem that the improvement of the exposure efficiency is hindered.
本発明は従来技術の以上のような問題を解決するもので
あり、合焦検出光学系の受光素子の出力を正規化するこ
とにより、位相同期検波処理後の出力値とウェハの移動
量との特性であるS字形特性を反射率に関係しない単一
の特性、つまり、正規化された特性とし、ウェハごと、
プロセス段階ごとに特性を取り直すことなく、短時間に
効率よく合焦操作を行なうことができるようにした合焦
装置を提供することを目的とするものである。The present invention is to solve the above problems of the prior art, and normalizes the output of the light receiving element of the focus detection optical system so that the output value after the phase-coherent detection process and the amount of movement of the wafer are The S-shaped characteristic that is the characteristic is a single characteristic that is not related to the reflectance, that is, the normalized characteristic, and
An object of the present invention is to provide a focusing device capable of efficiently performing a focusing operation in a short time without re-taking the characteristics for each process stage.
課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
発光素子から発した光を送光スリットに通してウェハ上
に結像し、この反射光を振動ミラーにより受光スリット
に通して受光素子に結像する合焦検出光学系と、上記ウ
ェハの入反射点と振動ミラーとの間の光路に設けられ、
反射、若しくは透過する一方の合焦検出光を上記振動ミ
ラーに導くハーフミラーと、このハーフミラーの透過、
若しくは反射するモニタ検出光を受光するモニタ用受光
素子と、上記合焦検出光の受光素子の出力と上記モニタ
用の受光素子の出力との比を求める除算手段と、上記振
動ミラーの振動周波数をリファレンス信号として上記除
算手段の値を位相同期検波することにより合焦検出を行
なう手段とを備えたものである。Means for Solving the Problems Technical means of the present invention for achieving the above object are
Focus detection optical system that forms the light emitted from the light-emitting element on the wafer through the light-sending slit and forms the reflected light on the light-receiving element through the light-receiving slit by the vibrating mirror. Provided in the optical path between the point and the vibrating mirror,
A half mirror that guides one of the focus detection light, which is reflected or transmitted, to the vibrating mirror, and transmission of the half mirror,
Alternatively, a monitor light receiving element for receiving the reflected monitor detection light, a dividing means for obtaining a ratio between the output of the focus detection light light receiving element and the output of the monitor light receiving element, and the vibration frequency of the vibrating mirror are It is provided with means for performing focus detection by performing phase-synchronous detection of the value of the dividing means as a reference signal.
また、発光素子から発した光を送光スリットに通してウ
ェハ上に結像し、この反射光を振動ハーフミラーにより
反射し、合焦検出光として受光スリットに通して受光素
子に結像する合焦検出光学系と、上記振動ハーフミラー
を透過するモニタ検出光を受光するモニタ検出用受光素
子と、上記合焦検出光の受光素子の出力と上記モニタ用
受光素子の出力との比を求める除算手段と、上記振動ミ
ラーの振動周波数をリファレンス信号として上記除算手
段の値を位相同期検波することにより合焦検出を行なう
手段とを備えたものである。In addition, when the light emitted from the light emitting element is passed through the light-sending slit to form an image on the wafer, the reflected light is reflected by the vibrating half mirror, passes through the light receiving slit as focus detection light, and forms an image on the light receiving element. A division for obtaining the ratio between the output of the focus detection optical system, the monitor detection light receiving element for receiving the monitor detection light transmitted through the vibrating half mirror, and the output of the focus detection light receiving element and the monitor light receiving element. And means for performing focus detection by phase-coherently detecting the value of the dividing means using the vibration frequency of the vibrating mirror as a reference signal.
また、発光素子から発した光を送光スリットに通してウ
ェハ上に結像し、この反射光を振動ミラーにより受光ス
リットに通して受光素子に結像する合焦検出光学系と、
上記振動ミラーによる反射光の最大値を上記受光素子を
介して保持すると共に、出力するピークホールド回路
と、上記受光素子の出力と上記ピークホールド回路の出
力との比を求める除算手段と、上記振動ミラーの振動周
波数をリファレンス信号として上記除算手段の値を位相
同期検波することにより合焦検出を行なう手段とを備え
たものである。Further, a focus detection optical system in which light emitted from the light emitting element is passed through the light sending slit to form an image on the wafer, and the reflected light is passed through the light receiving slit by the vibrating mirror to form an image on the light receiving element.
A peak hold circuit for holding the maximum value of the reflected light by the vibrating mirror through the light receiving element and outputting it, a dividing means for obtaining a ratio between the output of the light receiving element and the output of the peak hold circuit, and the vibration. And means for performing focus detection by phase-coherently detecting the value of the dividing means using the vibration frequency of the mirror as a reference signal.
作用 したがって、本発明によれば、ウェハの合焦検出光学系
の受光素子の出力と、この合焦検出光学系におけるウェ
ハからの反射側のハーフミラーにより反射、若しくは透
過するモニタ検出光を受光したモニタ用受光素子との比
を除算手段で求め、またはウェハの合焦検出光学系の受
光素子の出力と、この合焦検出光学系におけるウェハか
らの反射側の振動ハーフミラーの透過光を受光したモニ
タ用受光素子の出力との比を除算手段で求め、またはウ
ェハの合焦検出光学系の受光素子の出力と、この受光素
子の出力からピークホールド回路で求めたウェハからの
反射側の振動ミラーによる反射光の最大値との比を除算
手段で求め、合焦検出光学系の受光素子の出力を正規化
し、振動ミラー、または振動ハーフミラーの周波数をリ
ファレンス信号として上記正規化した値を位相同期検波
して合焦検出を行なうことにより、ウェハの反射率の変
化に依存することなく、合焦検出を行なうことができ
る。Therefore, according to the present invention, the output of the light receiving element of the focus detection optical system of the wafer and the monitor detection light reflected or transmitted by the half mirror on the reflection side from the wafer in the focus detection optical system are received. The ratio with the light receiving element for monitoring is obtained by dividing means, or the output of the light receiving element of the focus detection optical system of the wafer and the transmitted light of the vibration half mirror on the reflection side from the wafer in this focus detection optical system are received. Vibratory mirror on the reflection side from the wafer obtained by dividing the ratio with the output of the monitor light receiving element by dividing means, or the output of the light receiving element of the focus detection optical system of the wafer and the output of this light receiving element by the peak hold circuit The ratio to the maximum value of the reflected light is calculated by dividing means, the output of the light receiving element of the focus detection optical system is normalized, and the frequency of the vibrating mirror or the vibrating half mirror is referenced. By performing phase-synchronous detection of the above-mentioned normalized value as a signal for focus detection, focus detection can be performed without depending on changes in the reflectance of the wafer.
実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施例について説明する。First, a first embodiment of the present invention will be described.
第1図は本発明の第1の実施例における合焦装置を示す
構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing a focusing device according to the first embodiment of the present invention.
第1図はウェハが合焦点にあるときの状態を示してい
る。FIG. 1 shows the state when the wafer is in focus.
第1図において、1はウェハ、2はウェハ1を3次元的
に移動させるためのウェハステージであり、合焦操作で
は主に上下方向(Z軸方向)の移動を行なう。3はレチ
クル(図示せず)のパターンをウェハ1の面に投影露光
するための投影レンズ、4は合焦検出光学系におけるLE
D等の発光素子、5は発光素子4から発した点状の光を
平行光線にするためのレンズであり、このレンズ5の焦
点近傍に発光素子4が設けられている。6は送光スリッ
トであり、レンズ5からの平行光線の一部を通過させる
ために長方形状のスリットが開けられ、この長方形のス
リットの中心が光軸となるように設けられている。7は
レンズであり、露光焦点が合った状態では、送光スリッ
ト6を通過した光を投影レンズ3の中心直下のウェハ1
の面上Pに結像するような位置に設けられている。8は
ウェハ1上で反射したスリット像を再び結像させるため
のレンズ、9はハーフミラーであり、レンズ8を通った
光の一部を反射させ、残る一部を透過させる。10はハー
フミラー9で反射したモニタ検出光を受光するモニタ用
受光素子であり、反射したモニタ検出光の光軸上で、か
つハーフミラー9に対し、レンズ8の結像点と共役な位
置に設けられている。11は光軸を中心とした円周方向に
振動し、ハーフミラー9を透過した合焦検出光を反射す
る振動ミラー、12は振動ミラー11を周波数f、一定振幅
で振動させるドライバであり、周波数fの発振回路を内
蔵している。13は受光スリットであり、振動ミラー11が
振動中心にあるとき、すなわち、振動停止状態の時、こ
の振動ミラー11に対し、共役となる光軸をスリットの中
心に持つ。14は受光スリット13を通過した光を電気信号
に変換するための受光素子であり、停止状態の振動ミラ
ー11に対し、レンズ8の焦点と共役な位置の近傍に設け
られている。15は増幅器であり、合焦検出光学系の受光
素子14の電気信号を増幅する。16は増幅器であり、モニ
タ用受光素子10の電気信号を増幅する。17は増幅器15の
出力を増幅器16の出力で除する除算器、18はドライバ12
の周波数信号をリファレンス信号として、除算器17の出
力を位相同期検波する位相同期検波器、19は位相同期検
波器18の出力信号を平滑化するための低域ろ波器、20は
ウェハステージ制御回路であり、投影レンズ3とウェハ
1との距離を変化させることによって得られる位相同期
検波特性をもとにして低域ろ波器19の出力信号によりウ
ェハステージ2の合焦点への移動量を決定し、移動信号
を出力する。21はウェハステージ駆動回路であり、ウェ
ハステージ制御回路20から出力された移動信号に基づい
てウェハステージ2を移動させるための駆動回路であ
る。In FIG. 1, reference numeral 1 is a wafer, and 2 is a wafer stage for moving the wafer 1 three-dimensionally. In focusing operation, the wafer stage is mainly moved in the vertical direction (Z-axis direction). 3 is a projection lens for projecting and exposing a pattern of a reticle (not shown) on the surface of the wafer 1, and 4 is a LE in the focus detection optical system.
A light emitting element 5 such as D is a lens for making point-like light emitted from the light emitting element 4 into parallel rays, and the light emitting element 4 is provided near the focal point of the lens 5. Reference numeral 6 denotes a light-sending slit, which is provided with a rectangular slit for passing a part of the parallel rays from the lens 5, and is provided so that the center of the rectangular slit serves as the optical axis. Reference numeral 7 denotes a lens, and when the exposure is in focus, the light passing through the light-sending slit 6 is used for the wafer 1 immediately below the center of the projection lens 3.
Is provided at a position where an image is formed on the surface P of. Reference numeral 8 is a lens for forming an image of the slit image reflected on the wafer 1 again, and 9 is a half mirror, which reflects a part of the light passing through the lens 8 and transmits the remaining part. Reference numeral 10 denotes a monitor light receiving element that receives the monitor detection light reflected by the half mirror 9, and is located on the optical axis of the reflected monitor detection light and at a position conjugate to the half mirror 9 with the image forming point of the lens 8. It is provided. Reference numeral 11 is a vibrating mirror that vibrates in the circumferential direction around the optical axis and reflects the focus detection light that has passed through the half mirror 9, and 12 is a driver that vibrates the vibrating mirror 11 at a frequency f and a constant amplitude. It has a built-in oscillator circuit of f. Reference numeral 13 denotes a light-receiving slit, which has an optical axis which is conjugate with the vibration mirror 11 when the vibration mirror 11 is at the vibration center, that is, when the vibration is stopped. Reference numeral 14 denotes a light receiving element for converting the light passing through the light receiving slit 13 into an electric signal, which is provided near the position of the oscillating mirror 11 which is in a stopped state and conjugate with the focal point of the lens 8. Reference numeral 15 is an amplifier that amplifies an electric signal of the light receiving element 14 of the focus detection optical system. Reference numeral 16 denotes an amplifier, which amplifies an electric signal of the monitor light receiving element 10. 17 is a divider for dividing the output of the amplifier 15 by the output of the amplifier 16, and 18 is a driver 12
Of the divider 17 as a reference signal, the phase-locking detector detects the output of the divider 17 by phase-locking, 19 is a low-pass filter for smoothing the output signal of the phase-locking detector 18, and 20 is wafer stage control. This is a circuit, and the amount of movement of the wafer stage 2 to the focal point is determined by the output signal of the low-pass filter 19 based on the phase-coherent detection characteristic obtained by changing the distance between the projection lens 3 and the wafer 1. Determine and output a movement signal. Reference numeral 21 denotes a wafer stage drive circuit, which is a drive circuit for moving the wafer stage 2 based on the movement signal output from the wafer stage control circuit 20.
以上のような構成において、以下、その動作について説
明する。The operation of the above configuration will be described below.
合焦検出光学系の発光素子4から発した光は、レンズ5
により平行光になる。その平行光のうち、光軸近傍の光
は送光スリット6を通過し、レンズ7により投影レンズ
3の中心の直下で、かつウェハ1の表面上の点Pで送光
スリット6の像を結ぶ。このスリット像はウェハ1上で
反射され、レンズ8に達する。このレンズ8は結像する
ためのものであり、レンズ8を通った光はハーフミラー
9で反射光(モニタ検出光)と透過光(合焦検出光)に
分けられる。反射光はハーフミラー9に対し、レンズ8
の焦点と共役な点、つまり反射光の結像点に設けられた
モニタ用受光素子10に達し、このモニタ用受光素子10で
電気信号に変換される。合焦操作では、合焦点Z=Zoを
基準にして上下方向(Z軸方向)に数10μmから数100
μm程度のわずかな移動を行なうものであり、このよう
な場合、モニタ用受光素子10の出力は、ウェハ1の反射
率が変わらなければ、一定値と見なすことができる。一
方、ハーフミラー9で透過した光は、第1図中の点線で
示すレンズ8の焦点に結像しようとするが、ドライバ12
により周波数f、一定振幅で駆動させる振動ミラー11で
反射され、この振動ミラー11に対し、共役な点に結像す
る。そして、この共役点に受光素子14が設けられ、ま
た、受光素子14の直前には受光スリット13が設けられて
いる。また、上記のようにウェハ1は合焦点Z=Zoに置
かれているので、振動ミラー11で反射された光は、受光
スリット13におけるスリットの中心、つまり、光軸をセ
ンタとして、一定振幅で振動している。この一定振幅を
Aoとする。受光スリット13を通過した光は、受光素子14
で受光され、受光素子14の出力信号は増幅器15で増幅さ
れる。また、モニタ用受光素子10の出力は、増幅器16で
増幅される。The light emitted from the light emitting element 4 of the focus detection optical system is reflected by the lens 5
It becomes a parallel light. Of the parallel light, the light in the vicinity of the optical axis passes through the light-sending slit 6 and forms an image of the light-sending slit 6 at a point P directly below the center of the projection lens 3 by the lens 7 and on the surface of the wafer 1. . This slit image is reflected on the wafer 1 and reaches the lens 8. The lens 8 is for forming an image, and the light passing through the lens 8 is divided by the half mirror 9 into reflected light (monitor detection light) and transmitted light (focus detection light). The reflected light is reflected by the lens 8 against the half mirror 9.
It reaches the monitor light-receiving element 10 provided at the point conjugate with the focal point of, that is, at the image forming point of the reflected light, and is converted into an electric signal by this monitor light-receiving element 10. In the focusing operation, several tens of μm to several hundreds in the vertical direction (Z-axis direction) with reference to the focal point Z = Zo.
It moves slightly by about μm, and in such a case, the output of the monitor light-receiving element 10 can be regarded as a constant value as long as the reflectance of the wafer 1 does not change. On the other hand, the light transmitted through the half mirror 9 tries to form an image at the focal point of the lens 8 shown by the dotted line in FIG.
Is reflected by an oscillating mirror 11 driven at a frequency f and a constant amplitude, and an image is formed at a point conjugate with the oscillating mirror 11. A light receiving element 14 is provided at this conjugate point, and a light receiving slit 13 is provided immediately before the light receiving element 14. Since the wafer 1 is placed at the focal point Z = Zo as described above, the light reflected by the vibrating mirror 11 has a constant amplitude with the center of the slit in the light receiving slit 13, that is, the optical axis as the center. Vibrating. This constant amplitude
Ao. The light passing through the light-receiving slit 13 receives the light-receiving element 14
The light is received by, and the output signal of the light receiving element 14 is amplified by the amplifier 15. The output of the monitor light receiving element 10 is amplified by the amplifier 16.
今、振動ミラー11が振動中心で停止している場合、合焦
検出光学系の受光素子12の出力と、モニタ受光素子16の
出力との比は一定であり、ハーフミラー9の反射光と透
過光との光量比となる。そこで、その比が1となるよう
に増幅器15および16で調整することにより除算器17の出
力1となる。そこで、振動ミラー11が停止している場
合、ウェハステージ2を水平方向(X、Y軸方向)に移
動させても、また、垂直方向(Z軸方向)に移動させて
も、また、反射率の異なるウェハ1に替えても除算器17
の出力は1となる。次に、ウェハステージ2のZ軸を合
焦点(この点をZoとする)に移動させ、再び振動ミラー
11を作動させると、送光スリット6の像は、受光スリッ
ト13の表面上を、スリットの中心をセンターとして、幅
Aoで振動する。送光スリット6、受光スリット13のスリ
ット間隙をそれぞれL1、L2とすると、L1≦L2≦Aoの時、
除算器17の出力は、第2図のVで示すように、最大値
1、周波数2fの正規化されたアナログ波形が得られる。
そして、ウェハステージ2のZ軸を移動させることによ
り、第2図のI〜IXのような正規化された波形を得るこ
とができる。また、ウェハ1ごとに反射率が違っても、
また、同一ウェハ1で部分的に反射率が異なっていて
も、また、プロセス段階ごとに反射率が違っていても、
ウェハ1をZ軸方向に移動させたときに得られる除算器
17の出力信号は、第2図I〜IXの正規化された波形が得
られる。そこで、除算器17の出力を位相同期検波器18の
信号入力とし、ドライバ12の周波数信号をリファレンス
信号として位相同期検波し、その出力を低域ろ波器19で
平滑化すると、その出力は、ウェハ1のZ軸方向の移動
量に従って第3図に示すような最大値が一定値Voとなる
S字形の特性が得られる。この特性は、ウェハ1のP点
の反射率が異なっても常に同一となる。Now, when the vibrating mirror 11 is stopped at the center of vibration, the ratio of the output of the light receiving element 12 of the focus detection optical system and the output of the monitor light receiving element 16 is constant, and the reflected light of the half mirror 9 and the transmitted light are transmitted. It is the ratio of light quantity to light. Therefore, the output of the divider 17 is 1 by adjusting the amplifiers 15 and 16 so that the ratio becomes 1. Therefore, when the vibrating mirror 11 is stopped, whether the wafer stage 2 is moved in the horizontal direction (X, Y axis direction) or in the vertical direction (Z axis direction), the reflectance is Divider 17 even if it is replaced with a different wafer 1
Output is 1. Next, the Z-axis of the wafer stage 2 is moved to the focal point (this point is Zo), and the vibrating mirror is again used.
When 11 is actuated, the image of the light-sending slit 6 has a width on the surface of the light-receiving slit 13 with the center of the slit as the center.
It vibrates with Ao. When the slit gaps of the light-transmitting slit 6 and the light-receiving slit 13 are L 1 and L 2 , respectively, when L 1 ≤L 2 ≤Ao,
The output of the divider 17 is a normalized analog waveform having a maximum value of 1 and a frequency of 2f, as indicated by V in FIG.
Then, by moving the Z axis of the wafer stage 2, it is possible to obtain a normalized waveform such as I to IX in FIG. Also, even if the reflectance differs for each wafer 1,
Further, even if the reflectance is partially different on the same wafer 1, or the reflectance is different at each process stage,
Divider obtained when the wafer 1 is moved in the Z-axis direction
The output signal of 17 has the normalized waveforms shown in FIGS. Therefore, the output of the divider 17 is used as the signal input of the phase-locking detector 18, the frequency signal of the driver 12 is phase-locked as the reference signal, and its output is smoothed by the low-pass filter 19, and its output is According to the amount of movement of the wafer 1 in the Z-axis direction, an S-shaped characteristic whose maximum value becomes a constant value Vo is obtained as shown in FIG. This characteristic is always the same even if the reflectance at the point P on the wafer 1 is different.
したがって、第3図に示すS字形特性をウェハステージ
制御回路20に記憶させておき、ウェハ1が合焦点にない
ときの低域ろ波器19の出力をウェハステージ制御回路20
に入力し、その入力信号とS字形特性とを比較すること
により、合焦点までのウェハステージ2の移動量を算出
し、その移動量をウェハステージ駆動回路21に出力し、
ウェハステージ2を駆動させ、若しくはS字形特性と比
較し、低域ろ波器19の出力が0となるまでウェハステー
ジ2を駆動することにより、ウェハ1を合焦点に移動さ
せることができる。Therefore, the S-shaped characteristic shown in FIG. 3 is stored in the wafer stage control circuit 20, and the output of the low-pass filter 19 when the wafer 1 is not in focus is set to the wafer stage control circuit 20.
To the wafer stage drive circuit 21 to calculate the amount of movement of the wafer stage 2 to the in-focus point by comparing the input signal with the S-shaped characteristic.
The wafer 1 can be moved to the focal point by driving the wafer stage 2 or comparing with the S-shaped characteristic and driving the wafer stage 2 until the output of the low pass filter 19 becomes zero.
このように、本実施例によれば、発光素子4より発した
光を送光スリット6に通し、レンズ7で結像させてウェ
ハ1で反射させ、その反射光をレンズ8で再び結像させ
るが、結像させる前にハーフミラー9で反射光と透過光
に分け、反射光をモニタ用受光素子10で検出し、一方、
透過光を振動ミラー11で反射し、その反射光をスリット
13に通して受光素子14で検出する。そして、受光素子14
の増幅後の出力を被除算入力とし、モニタ用受光素子10
の増幅後の出力を除算入力として、除算器17で除するこ
とにより正規化し、振動ミラー8の振動周波数信号をリ
ファレンスとして、上記正規化した値を位相同期検波器
18および低域ろ波器19で検波、平滑し、ウェハステージ
制御回路20で合焦点までのウェハ1の移動距離を求め、
ウェハステージ振動回路21でウェハステージ2を移動さ
せて合焦させることにより、ウェハ1の反射率が異なっ
てもS字形特性を取り直す必要がなく、ウェハ1の反射
率の変化に即座に対応することができる効率のよい合焦
装置を提供することができる。As described above, according to the present embodiment, the light emitted from the light emitting element 4 is passed through the light-sending slit 6, is imaged by the lens 7, is reflected by the wafer 1, and the reflected light is imaged again by the lens 8. However, before forming an image, the half mirror 9 separates the reflected light and the transmitted light, and the reflected light is detected by the monitor light-receiving element 10.
The transmitted light is reflected by the vibrating mirror 11, and the reflected light is slit.
The light is passed through 13 and detected by the light receiving element 14. Then, the light receiving element 14
The amplified output of the
The output after amplification is normalized by dividing it by a divider 17, and the normalized value is obtained by using the vibration frequency signal of the vibration mirror 8 as a reference.
18 and the low-pass filter 19 detect and smooth, and the wafer stage control circuit 20 obtains the moving distance of the wafer 1 to the in-focus point.
By moving and focusing the wafer stage 2 by the wafer stage vibrating circuit 21, it is not necessary to re-obtain the S-shaped characteristic even if the reflectance of the wafer 1 is different, and to immediately respond to the change of the reflectance of the wafer 1. It is possible to provide an efficient focusing device capable of performing the above.
なお、本実施例においては、モニタ用受光素子10の直前
にスリットを設けない場合について説明したが、受光素
子14と同じようなスリットを設けてもよい。また、ハー
フミラー9の反射光をモニタ検出光、透過光を合焦検出
光としたが、透過光をモニタ検出光、反射光を合焦検出
光となるように構成してもよい。In this embodiment, the case where the slit is not provided immediately before the monitor light receiving element 10 has been described, but a slit similar to the light receiving element 14 may be provided. Although the reflected light of the half mirror 9 is the monitor detection light and the transmitted light is the focus detection light, the transmitted light may be the monitor detection light and the reflected light may be the focus detection light.
次に、本発明の第2の実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
第4図は本発明の第2の実施例における合焦装置を示す
構成図である。なお、第4図においては、ウェハが合焦
点にあるときの状態を示している。FIG. 4 is a block diagram showing a focusing device according to the second embodiment of the present invention. Note that FIG. 4 shows a state in which the wafer is in focus.
本実施例において、上記第1の実施例と同一の構成要素
については同一の符号を付してその説明を省略し、異な
る構成について説明する。In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and a different configuration will be described.
本実施例の特徴とするところは、第4図に示すように、
上記第1の実施例におけるハーフミラー9および振動ミ
ラー11の2つの部材に代えてハーフミラーで振動ミラー
22を構成し、この振動ハーフミラー22の透過光の結像点
にモニタ用受光素子10を設けた点にある。なお、振動ハ
ーフミラー22は、円周方向に振動するので、その透過光
の光軸および焦点も振動に従って移動する。そのため、
モニタ用受光素子10は振動ハーフミラー22が振動停止状
態の光軸に対し、垂直な向きに位置し、かつ振動してい
るときの結像点、つまり焦点の移動に対し、受光をカバ
ーすることができる程度のサイズに設定する。このよう
な構成によりP点の反射率に変化がないとき、振動ハー
フミラー22が振動していてもその透過光の受光量は常に
一定値であり、モニタ用受光素子10はモニタとしての機
能を果たすことができる。The feature of this embodiment is that, as shown in FIG.
In place of the two members of the half mirror 9 and the vibrating mirror 11 in the first embodiment, a half mirror is a vibrating mirror.
22 is provided, and the light receiving element 10 for monitoring is provided at the image forming point of the transmitted light of the vibrating half mirror 22. Since the vibrating half mirror 22 vibrates in the circumferential direction, the optical axis and focus of the transmitted light also move in accordance with the vibration. for that reason,
The monitor light-receiving element 10 should cover the light reception with respect to the movement of the image forming point, that is, the focal point when the vibration half mirror 22 is positioned in a direction perpendicular to the optical axis in the vibration stopped state and is vibrating. Set to a size that allows With such a configuration, when there is no change in the reflectance at the point P, the received light amount of the transmitted light is always a constant value even if the vibrating half mirror 22 is vibrating, and the monitor light receiving element 10 functions as a monitor. Can be fulfilled
以上の構成において、以下、その動作について説明す
る。The operation of the above configuration will be described below.
受光素子4からレンズ8までの動作については上記第1
の実施例と同様であるので、その説明を省略する。レン
ズ8を通った光は振動ハーフミラー22で反射光と透過光
に分けられる。反射光は上記第1の実施例と同様であ
り、透過光はレンズ8の焦点に送光スリット6の像を結
ぼうとするが、振動ハーフミラー22が振動しているた
め、その振動に伴い、結像点も円周方向に移動する。し
かし、この移動量は送光スリット6のスリット幅の数倍
程度であって大きくなく、また、モニタ用受光素子10は
この移動に対し、十分カバーできる受光面積を持つの
で、振動していても常に一定値の光量を受光する。した
がって、モニタ用受光素子10は上記第1の実施例におけ
るモニタ用受光素子10と同じ動きをする。そこで、振動
ハーフミラー22を振動中心で停止させると、受光素子14
の出力とモニタ用受光素子10の出力との比は振動ハーフ
ミラー22の反射光と透過光との光量比となるが、その比
が1となるように増幅器15および16を調整し、増幅器16
の出力を除算器17の除算入力、増幅器15の出力を除算器
17の被除算入力とすると、上記第1の実施例と同様に除
算器17の出力は1となる。次に、上記第1の実施例と同
様にL1≦L2≦Aoのとき、振動ハーフミラー22を作動さ
せ、ウェハステージ2をZ軸方向に移動させると、除算
器17の出力は第2図のIからIXのように正規化された信
号を発生する。また、点Pにおける反射率が異なって
も、第2図のように正規化された同じ信号が得られる。
その結果、この信号を位相同期検波器18、低域ろ波器19
で検波、平滑にした特性は、第3図に示すようになる。
そこで、この特性を用い、上記第1の実施例と同様に合
焦操作することができる。Regarding the operation from the light receiving element 4 to the lens 8, the first
Since it is the same as the embodiment described above, the description thereof will be omitted. The light passing through the lens 8 is separated by the vibrating half mirror 22 into reflected light and transmitted light. The reflected light is the same as in the first embodiment, and the transmitted light tries to form the image of the light-sending slit 6 at the focal point of the lens 8, but the vibrating half mirror 22 vibrates. The imaging point also moves in the circumferential direction. However, this amount of movement is several times the slit width of the light-sending slit 6 and is not large, and the monitor light-receiving element 10 has a light-receiving area that can sufficiently cover this movement, so even if it vibrates. It always receives a fixed amount of light. Therefore, the monitor light receiving element 10 operates in the same manner as the monitor light receiving element 10 in the first embodiment. Therefore, when the vibration half mirror 22 is stopped at the vibration center, the light receiving element 14
The ratio of the output of the light receiving element 10 to the output of the monitor light receiving element 10 is the light amount ratio of the reflected light of the vibrating half mirror 22 and the transmitted light. The amplifiers 15 and 16 are adjusted so that the ratio becomes 1, and the amplifier 16
The output of is the divider input of divider 17, the output of amplifier 15 is the divider
When the division target of 17 is input, the output of the divider 17 becomes 1 as in the first embodiment. Next, as in the first embodiment, when L 1 ≤L 2 ≤Ao, the oscillating half mirror 22 is operated and the wafer stage 2 is moved in the Z-axis direction, the output of the divider 17 becomes the second value. Generate a normalized signal as I to IX in the figure. Even if the reflectance at the point P is different, the same normalized signal as shown in FIG. 2 can be obtained.
As a result, this signal is converted into a phase-locked detector 18 and a low-pass filter 19
The characteristics detected and smoothed by are as shown in FIG.
Therefore, using this characteristic, the focusing operation can be performed as in the first embodiment.
このように、本実施例によれば、発光素子4より発した
光をレンズ5で平行にし、その平行光を送光スリット6
に通し、レンズ7でウェハ1の近傍で結像させ、この結
像を点Pで反射し、その反射光をレンズ8で再び結像さ
せる。レンズ8からの光を振動ハーフミラー22で反射光
と透過光に分け、反射光を受光スリット13に通して受光
素子14で受光し、一方、透過光をモニタ用受光素子10で
受光する。モニタ用受光素子10の増幅後の出力を除算入
力、受光素子14の増幅後の出力を被除算入力として除算
器17で除することにより正規化し、振動ハーフミラー22
の振動周波数信号をリファレンスとして、上記正規化し
た値を位相同期検波器18および低域ろ波器19で検波、平
滑し、ウェハステージ制御回路20で合焦点までのウェハ
1の移動距離を求め、ウェハステージ駆動回路21でウェ
ハステージ2を移動させて合焦させることによりウェハ
1の反射率が異なっても、反射率が異なるごとにS字形
特性を取り直す必要がなく、ウェハ1の反射率の変化に
即座に対応することができ、効率のよい合焦装置を提供
することができる。As described above, according to this embodiment, the light emitted from the light emitting element 4 is collimated by the lens 5, and the collimated light is collimated by the light transmitting slit 6.
An image is formed in the vicinity of the wafer 1 by the lens 7, the image is reflected at the point P, and the reflected light is imaged again by the lens 8. The light from the lens 8 is divided into reflected light and transmitted light by the vibrating half mirror 22, the reflected light is passed through the light receiving slit 13 and received by the light receiving element 14, while the transmitted light is received by the monitor light receiving element 10. The amplified output of the monitor light-receiving element 10 is divided by the divider 17, and the amplified output of the light-receiving element 14 is divided by the divider 17 as a divided input for normalization.
Using the oscillation frequency signal of as a reference, the normalized value is detected and smoothed by the phase-locking detector 18 and the low-pass filter 19, and the moving distance of the wafer 1 to the focal point is obtained by the wafer stage control circuit 20. Even if the wafer stage driving circuit 21 moves and focuses the wafer stage 2 so that the reflectance of the wafer 1 is different, it is not necessary to retake the S-shaped characteristic each time the reflectance is changed, and the reflectance of the wafer 1 is changed. It is possible to provide an efficient focusing device capable of immediately responding to.
なお、本実施例において、モニタ用受光素子10の直前に
受光素子14と同様に受光スリットを設けてもよい。In this embodiment, a light-receiving slit may be provided just before the monitor light-receiving element 10 like the light-receiving element 14.
次に、本発明の第3の実施例について説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
第5図は本発明の第3の実施例における合焦装置を示す
構成図である。なお、第5図においては、ウェハが合焦
点にあるときの状態を示している。FIG. 5 is a block diagram showing a focusing device according to the third embodiment of the present invention. Note that FIG. 5 shows a state in which the wafer is in focus.
本実施例において上記第1の実施例と同一の構成要素に
ついては同一の符号を付してその説明を省略し、異なる
構成について説明する。In the present embodiment, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and different configurations will be described.
本実施例の特徴とするところは、第5図に示すように、
上記第1の実施例におけるハーフミラー9、モニタ用受
光素子10および増幅器16に代えてピークホールド回路23
を設けた点にある。このピークホールド回路23は増幅器
15の出力信号からピーク値(最大値)を求め、その値を
記憶する機能と、記憶した値を保持して出力し、かつ一
定周期ごとに保持値を更新する機能を持っている。The feature of this embodiment is that, as shown in FIG.
A peak hold circuit 23 is used in place of the half mirror 9, the monitor light receiving element 10 and the amplifier 16 in the first embodiment.
There is a point. This peak hold circuit 23 is an amplifier
It has the function of finding the peak value (maximum value) from the 15 output signals and storing the value, and the function of holding and outputting the stored value and updating the held value at regular intervals.
以上の構成において、以下、その動作について説明す
る。The operation of the above configuration will be described below.
発光素子4からレンズ8までの動作については上記第1
の実施例と同様であるので、その説明を省略する。レン
ズ8を通った光は振動ミラー11で反射され、振動ミラー
11に対し、レンズ8の焦点と共役な点で送光スリット6
の像を結像する。この結像点には受光素子14が設けられ
ており、受光素子14の直前には受光スリット13が設けら
れている。そこで、振動ミラー11で反射した結像光は受
光スリット13を通り、受光素子14に到達する。今、送光
スリット6、受光スリット13のスリット間隔をそれぞれ
L1、L2とし、また、振動ミラー11の受光スリット13上で
の振幅をAoとし、ウェハ1が合焦点(Z=Zo)にある場
合について考える。受光スリット13の面上では送光スリ
ット6の像が振幅Aoで振動するが、ウェハ1が合焦点に
あるために、振動中心は、受光スリット13の長方形状の
スリット中心となる。そこで、L1≦L2、 とすると、第6図(a)に示すような関係になり、受光
スリット13の直後に設けられた受光素子14の出力と、振
動ミラー11の振動周波数fとの相関がよくわかる(第6
図(b)参照)。ここで、受光素子14の出力のピーク値
(最大値)をBoとすると、その出力がBoとなるのは、送
光スリット6のスリット像が受光スリット13の間隙の中
にはみ出さずに位置している場合である。今、振動中心
が受光スリット13のスリット中心にあるので、受光素子
14の出力が最大となるのは、丁度、振動が停止している
ときであるが、ウェハ1が合焦点をずれると、振動中心
は第6図(c)に示すように、横方向に移動する。そし
て、受光スリット13のスリット中心を基準として、振動
中心の移動量を取り、その値をMとすると、M≦Aoのと
きには、必ず受光スリット13の中に送光スリット6が入
るので、受光素子14の出力にはピーク値Boが現われる
(第6図(d)参照)。一方、第9図のようなS字形特
性において、一般に合焦操作に使用される部分は、0点
を含めたリニア部分であり、この範囲内では振動中心の
移動量Mは、M≦Aoとなる。その結果、振動の一周期内
には必ずピーク値が現われる。また、第6図において、
このピーク値Boは反射率が不要であれば一定値となる
が、反射率が変わればピーク値Boはそれに従って変わ
る。そこで、第5図に示すように、受光素子14の出力信
号を増幅器15により増幅し、そのピーク値をBとする
と、ピークホールド回路23はこのピーク値Bを捉え、そ
の値を記憶し、かつ保持して出力する。そして、この値
を一定周期ごとに更新することもできる。このピークホ
ールド回路23の保持出力Bを除算器17の除算入力とし、
増幅器15の出力を除算器17の被除算入力とするとき、除
算器17の出力は、上記第1の実施例と同様に第2図に示
すような正規化された信号となる。そして、除算器17の
出力はウェハ1の反射率に依存しないで第2図に示すI
からIXのような波形の信号となる。その結果、この信号
を位相同期検波器18、低域ろ波器19で検波、平滑した特
性は第3図に示すようになる。そこで、この特性を用
い、上記第1の実施例と同様に合焦操作することができ
る。Regarding the operation from the light emitting element 4 to the lens 8, the first
Since it is the same as the embodiment described above, the description thereof will be omitted. The light passing through the lens 8 is reflected by the vibrating mirror 11,
11, the light-sending slit 6 is at a point conjugate with the focal point of the lens 8.
Form an image of. A light receiving element 14 is provided at this image forming point, and a light receiving slit 13 is provided immediately before the light receiving element 14. Then, the imaging light reflected by the vibrating mirror 11 passes through the light receiving slit 13 and reaches the light receiving element 14. Now, the slit intervals of the light sending slit 6 and the light receiving slit 13 are respectively set.
Consider L 1 and L 2 and the amplitude of the vibration mirror 11 on the light receiving slit 13 is Ao, and consider a case where the wafer 1 is at the focal point (Z = Zo). On the surface of the light receiving slit 13, the image of the light transmitting slit 6 vibrates with the amplitude Ao, but since the wafer 1 is in focus, the vibration center is the rectangular slit center of the light receiving slit 13. Therefore, L 1 ≤ L 2 , Then, the relationship shown in FIG. 6 (a) is obtained, and the correlation between the output of the light receiving element 14 provided immediately after the light receiving slit 13 and the vibration frequency f of the vibrating mirror 11 is well understood (6th).
See FIG. (B)). Here, assuming that the peak value (maximum value) of the output of the light receiving element 14 is Bo, the output becomes Bo because the slit image of the light transmitting slit 6 does not protrude into the gap of the light receiving slit 13. That is the case. Since the center of vibration is now at the slit center of the light receiving slit 13, the light receiving element
The maximum output of 14 is just when the vibration is stopped, but when the wafer 1 is out of focus, the vibration center moves laterally as shown in FIG. 6 (c). To do. Then, when the movement amount of the vibration center is taken with the slit center of the light receiving slit 13 as a reference and the value is M, the light transmitting slit 6 always enters the light receiving slit 13 when M ≦ Ao. The peak value Bo appears in the output of 14 (see FIG. 6 (d)). On the other hand, in the S-shaped characteristic as shown in FIG. 9, the portion generally used for the focusing operation is a linear portion including the zero point, and within this range, the movement amount M of the vibration center is M ≦ Ao. Become. As a result, a peak value always appears in one cycle of vibration. Further, in FIG.
This peak value Bo will be a constant value if the reflectance is unnecessary, but the peak value Bo will change accordingly if the reflectance changes. Therefore, as shown in FIG. 5, if the output signal of the light receiving element 14 is amplified by the amplifier 15 and its peak value is B, the peak hold circuit 23 captures this peak value B and stores the value, and Hold and output. Then, this value can be updated at regular intervals. The holding output B of the peak hold circuit 23 is used as the division input of the divider 17,
When the output of the amplifier 15 is used as the divided input of the divider 17, the output of the divider 17 becomes a normalized signal as shown in FIG. 2 as in the first embodiment. The output of the divider 17 does not depend on the reflectance of the wafer 1 and is shown in FIG.
It becomes a signal with a waveform like IX. As a result, the characteristics obtained by detecting and smoothing this signal by the phase lock detector 18 and the low-pass filter 19 are as shown in FIG. Therefore, using this characteristic, the focusing operation can be performed as in the first embodiment.
このように本実施例によれば、発行素子4より発した光
をレンズ5で平行にし、その平行光を送光スリット6に
通し、レンズ7でウェハ1の近傍で結像させ、この結像
を点Pで反射し、その反射光をレンズ8で再び結像させ
る。レンズ8からの光を振動ミラー11で反射し、受光ス
リット13に通し、受光素子14で受光する。この受光素子
14の出力を増幅器15で増幅し、この出力を除算器17の被
除算入力とする。これと共に、増幅器15の出力をピーク
ホールド回路23に入力し、受光素子14のピーク値を検出
し、記憶保持して出力し、この出力を除算器17の除算入
力とする。これにより、除算器17の出力は正規化された
値となる。振動ミラー11の振動周波数信号をリファレン
スとして上記の正規化された信号を位相同期検波器18お
よび低域ろ波器19で検波、平滑し、ウェハステージ制御
回路20で合焦点までのウェハ1の移動距離を求め、ウェ
ハステージ駆動回路21でウェハステージ2を移動させて
合焦させることにより、ウェハ1の反射率が変化しても
変化するごとに第9図のようなS字形特性を取り直す必
要がなく、ウェハ1の反射率の変化に即座に対応するこ
とができ、効率のよい合焦装置を提供することができ
る。As described above, according to this embodiment, the light emitted from the emitting element 4 is collimated by the lens 5, the collimated light is passed through the light-sending slit 6, and the lens 7 forms an image in the vicinity of the wafer 1. Is reflected at a point P, and the reflected light is imaged again by the lens 8. The light from the lens 8 is reflected by the vibrating mirror 11, passes through the light receiving slit 13, and is received by the light receiving element 14. This light receiving element
The output of 14 is amplified by the amplifier 15, and this output is used as the divided input of the divider 17. At the same time, the output of the amplifier 15 is input to the peak hold circuit 23, the peak value of the light receiving element 14 is detected, stored and output, and this output is used as the division input of the divider 17. As a result, the output of the divider 17 becomes a normalized value. Using the vibration frequency signal of the vibrating mirror 11 as a reference, the normalized signal is detected and smoothed by the phase-locking detector 18 and the low-pass filter 19, and the wafer stage control circuit 20 moves the wafer 1 to the focal point. By obtaining the distance and moving the wafer stage 2 by the wafer stage drive circuit 21 to bring it into focus, it is necessary to re-acquire the S-shaped characteristics as shown in FIG. 9 every time the reflectance of the wafer 1 changes. Therefore, it is possible to immediately deal with a change in the reflectance of the wafer 1, and an efficient focusing device can be provided.
発明の効果 以上説明したように本発明によれば、ウェハの合焦検出
光学系の受光素子の出力と、この合焦検出光学系におけ
るウェハからの反射側のハーフミラーにより反射、若し
くは透過するモニタ検出光を受光したモニタ用受光素子
との比を除算手段で求め、またはウェハの合焦検出光学
系の受光素子の出力と、この合焦検出光学系におけるウ
ェハからの反射側の振動ハーフミラーの透過光を受光し
たモニタ用受光素子の出力との比を除算手段で求め、ま
たはウェハの合焦検出光学系の受光素子の出力と、この
受光素子の出力からピークホールド回路で求めたウェハ
からの反射側の振動ミラーによる反射光の最大値との比
を除算手段で求め、合焦検出光学系の受光素子の出力を
正規化し、振動ミラー、または振動ハーフミラーの周波
数をリファレンス信号として上記正規化した値を位相同
期検波して合焦検出を行なうようにしている。したがっ
て、ウェハの反射率の変化に依存することなく、迅速
に、かつ効率よく合焦操作を行なうことができる。EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, the output of the light receiving element of the focus detection optical system of the wafer and the monitor that is reflected or transmitted by the half mirror on the reflection side from the wafer in the focus detection optical system. The ratio of the detection light received to the monitor light receiving element is obtained by the dividing means, or the output of the light receiving element of the focus detection optical system of the wafer and the vibration half mirror of the reflection side from the wafer in the focus detection optical system. The ratio from the output of the monitor light receiving element that received the transmitted light is obtained by dividing means, or the output of the light receiving element of the focus detection optical system of the wafer and the output of this light receiving element are obtained from the peak hold circuit from the wafer. The ratio of the maximum value of the light reflected by the oscillating mirror on the reflection side is calculated by dividing means, the output of the light receiving element of the focus detection optical system is normalized, and the frequency of the oscillating mirror or the oscillating half mirror is reset. As a reference signal, the normalized value is phase-synchronized to detect focus. Therefore, the focusing operation can be performed quickly and efficiently without depending on the change in the reflectance of the wafer.
第1図は本発明の第1の実施例における合焦装置を示す
構成図、第2図は上記第1の実施例における合焦装置内
の除算回路の出力信号を示す波形図、第3図は上記第1
の実施例における合焦装置内の低域ろ波回路の出力とウ
ェハのZ軸方向移動量との関係を示す特性図、第4図は
本発明の第2の実施例における合焦装置を示す構成図、
第5図は本発明の第3の実施例における合焦装置を示す
構成図、第6図は上記第3の実施例における合焦装置内
のスリット像の位置関係を示す相関図、第7図は従来例
の合焦装置を示す構成図、第8図は上記従来例の合焦装
置における受光素子の出力信号を示す波形図、第9図お
よび第10図は上記従来例の合焦装置における位相同期検
波処理回路の出力とウェハのZ方向移動量との関係を示
す特性図である。 1……ウェハ、2……ウェハステージ、3……投影レン
ズ、4……発行素子、5……レンズ、6……送光スリッ
ト、7、8……レンズ、9……ハーフミラー、10……モ
ニタ用受光素子、11……振動ミラー、12……ドライバ、
13……受光スリット、14……受光素子、15、16……増幅
器、17……除算器、18……位相同期検波器、19……低域
ろ波器、20……ウェハステージ制御回路、21……ウェハ
ステージ駆動回路、22……振動ハーフミラー、23……ピ
ークホールド回路。FIG. 1 is a block diagram showing a focusing device in a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing an output signal of a division circuit in the focusing device in the first embodiment, and FIG. Is the first
4 is a characteristic diagram showing the relationship between the output of the low-pass filter circuit in the focusing device and the amount of movement of the wafer in the Z-axis direction in FIG. 4, and FIG. 4 shows the focusing device in the second embodiment of the present invention. Diagram,
FIG. 5 is a block diagram showing a focusing device in a third embodiment of the present invention, FIG. 6 is a correlation diagram showing a positional relationship of slit images in the focusing device in the third embodiment, and FIG. FIG. 8 is a configuration diagram showing a conventional focusing device, FIG. 8 is a waveform diagram showing an output signal of a light receiving element in the conventional focusing device, and FIGS. 9 and 10 are diagrams showing the conventional focusing device. It is a characteristic view which shows the relationship between the output of a phase synchronous detection processing circuit and the amount of movement of the wafer in the Z direction. 1 ... Wafer, 2 ... Wafer stage, 3 ... Projection lens, 4 ... Issuing element, 5 ... Lens, 6 ... Light transmitting slit, 7, 8 ... Lens, 9 ... Half mirror, 10 ... … Monitor light-receiving element, 11 …… Vibration mirror, 12 …… Driver,
13 ... Receiving slit, 14 ... Receiving element, 15, 16 ... Amplifier, 17 ... Divider, 18 ... Phase-locked detector, 19 ... Low-pass filter, 20 ... Wafer stage control circuit, 21 …… Wafer stage drive circuit, 22 …… Vibration half mirror, 23 …… Peak hold circuit.
Claims (3)
してウェハ上に結像し、この反射光を振動ミラーにより
受光スリットに通して受光素子に結像する合焦検出光学
系と、上記ウェハの入反射点と振動ミラーとの間の光路
に設けられ、反射、若しくは透過する一方の合焦検出光
を上記振動ミラーに導くハーフミラーと、このハーフミ
ラーの透過、若しくは反射するモニタ検出光を受光する
モニタ用受光素子と、上記合焦検出光の受光素子の出力
と上記モニタ用の受光素子の出力との比を求める除算手
段と、上記振動ミラーの振動周波数をリファレンス信号
として上記除算手段の値を位相同期検波することにより
合焦検出を行なう手段とを備えた合焦装置。1. A focus detection optical system in which light emitted from a light-emitting element is passed through a light-sending slit to form an image on a wafer, and the reflected light is passed through a light-receiving slit by an oscillating mirror to be imaged on a light-receiving element. A half mirror that is provided in the optical path between the incident / reflecting point of the wafer and the vibrating mirror and guides one of focus detection light that is either reflected or transmitted to the vibrating mirror, and monitor detection that is transmitted or reflected by the half mirror. A light-receiving element for monitoring that receives light, a division means for obtaining a ratio of the output of the light-receiving element of the focus detection light and the output of the light-receiving element for monitoring, and the division using the vibration frequency of the vibrating mirror as a reference signal. A focusing device comprising means for performing focus detection by phase-coherently detecting the value of the means.
してウェハ上に結像し、この反射光を振動ハーフミラー
により反射し、合焦検出光として受光スリットに通して
受光素子に結像する合焦検出光学系と、上記振動ハーフ
ミラーを透過するモニタ検出光を受光するモニタ検出用
受光素子と、上記合焦検出光の受光素子の出力と上記モ
ニタ用受光素子の出力との比を求める除算手段と、上記
振動ミラーの振動周波数をリファレンス信号として上記
除算手段の値を位相同期検波することにより合焦検出を
行なう手段とを備えた合焦装置。2. Light emitted from a light emitting element is passed through a light emitting slit to form an image on a wafer, and the reflected light is reflected by a vibrating half mirror and passed through a light receiving slit as focus detection light to be imaged on a light receiving element. The focus detection optical system, the monitor detection light receiving element that receives the monitor detection light transmitted through the vibration half mirror, and the ratio of the output of the focus detection light receiving element to the output of the monitor light receiving element. A focusing device comprising: a dividing unit for obtaining a value; and a unit for performing focusing detection by phase-synchronously detecting the value of the dividing unit using the vibration frequency of the vibrating mirror as a reference signal.
してウェハ上に結像し、この反射光を振動ミラーにより
受光スリットに通して受光素子に結像する合焦検出光学
系と、上記振動ミラーによる反射光の最大値を上記受光
素子を介して保持すると共に、出力するピークホールド
回路と、上記受光素子の出力と上記ピークホールド回路
の出力との比を求める除算手段と、上記振動ミラーの振
動周波数をリファレンス信号として上記除算手段の値を
位相同期検波することにより合焦検出を行なう手段とを
備えた合焦装置。3. A focus detection optical system in which light emitted from a light-emitting element is passed through a light-sending slit to form an image on a wafer, and the reflected light is passed through a light-receiving slit by an oscillating mirror to form an image on the light-receiving element. A peak hold circuit for holding the maximum value of the reflected light by the vibrating mirror through the light receiving element and outputting it, a dividing means for obtaining a ratio between the output of the light receiving element and the output of the peak hold circuit, and the vibration. A focusing device provided with means for performing focus detection by phase-synchronously detecting the value of the dividing means using the vibration frequency of the mirror as a reference signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2332417A JPH0732118B2 (en) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | Focusing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2332417A JPH0732118B2 (en) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | Focusing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04196515A JPH04196515A (en) | 1992-07-16 |
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ID=18254739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2332417A Expired - Fee Related JPH0732118B2 (en) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | Focusing device |
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|---|---|
| JP (1) | JPH0732118B2 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5642205A (en) * | 1979-09-17 | 1981-04-20 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Focus detecting method |
| JP2838797B2 (en) * | 1987-04-13 | 1998-12-16 | 株式会社ニコン | Projection optical device |
| JP2569563B2 (en) * | 1987-06-09 | 1997-01-08 | 株式会社ニコン | Projection exposure equipment |
| JP2671338B2 (en) * | 1987-12-25 | 1997-10-29 | 株式会社ニコン | Exposure method and substrate attitude control method |
-
1990
- 1990-11-28 JP JP2332417A patent/JPH0732118B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04196515A (en) | 1992-07-16 |
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